Посветить лазером в нейрон: зачем генетики встраивают в рыбок гены змей
Новости науки и техники 08.11.2017 , by Press Комментариев к записи Посветить лазером в нейрон: зачем генетики встраивают в рыбок гены змей нетИнтервью с профессором РАН Всеволодом Белоусовым
Как «тепловизоры» змей помогают нейрофизиологам, зачем ученые нагревают контейнеры с дрозофилами и как изобретение советских физиков помогает нейроученым, в интервью Indicator.Ru рассказал профессор РАН Всеволод Белоусов.
Сотрудники Института биоорганической химии РАН совместно с коллегами из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и МГУ разработали метод стимуляции нервных клеток инфракрасным излучением, встраивая в нейроны белки-терморецепторы змей. Опубликованные сегодня в журнале Nature Communications результаты помогут неинвазивно стимулировать нейронные сети в глубоких слоях тканей, а также управлять активностью других типов клеток в живых системах. Научный редактор портала Indicator.Ru и главный редактор портала Neuronovosti.ru Алексей Паевский поговорил с ведущим автором этой работы.
— Но, как обычно, здесь есть «но». Давайте сразу перейдем к нему.
— Ну, а куда без «но». У оптогенетики есть несколько недостатков: во-первых, видимый свет, которым активируются каналородопсины, плохо проходит через биологические ткани. Это делает невозможным стимуляцию нейронов в глубине ткани.
Во-вторых, проводимость каналородопсинов низка, поэтому для того, чтобы активировать нейронный контур, необходимо использовать свет высокой мощности (обычно это синий лазер). Это способно вызывать фотоповреждение нейронов.
У многих видов змей, например гремучих змей и щитомордников, есть так называемое термозрение, фактически, прибор ночного видения. У них на носу специальный орган — ямка, насыщенная окончаниями нейронов, несущих в своей мембране рецепторы TRPA1. Эта ямка является, по сути, тепловизором, позволяющим змее охотиться и ориентироваться в темноте.
Рецепторы TRPA1 исключительно чувствительны к тепловому инфракрасному излучению, позволяя змее чувствовать теплокровную добычу на расстоянии нескольких метров. Встраивая змеиные термоканалы в нейроны мыши или рыбки данио рерио, мы наделяли клетки чувствительностью к нагреванию.
— Но вы же не греете целиком аквариум с рерио?
— Нет, конечно [смеется]. Для этого Александр Прохоров с Николаем Басовым (советские физики, основоположники квантовой электроники, — прим. Indicator.Ru) создали лазеры, в том числе и инфракрасные. В качестве источника нагрева мы использовали инфракрасные лазеры, излучающие в диапазоне от 1 до 1,5 мкм. Инфракрасное излучение гораздо глубже, по сравнению с используемым в оптогенетике видимым светом, проникает в ткань, и оно не фототоксично.
Кроме того, варьируя длину волны, можно менять степень поглощения ИК-излучения тканью, и тем самым варьировать глубину и интенсивность нагрева. Импульсное лазерное излучение позволяет активировать нейроны заданной частотой импульсов.
— Как я понимаю, в этой работе было много технических сложностей. Можно ли подробнее рассказать о деталях?
— Перед нами стояла задача нагревать нейроны импульсным ИК-лазером, но так, чтобы в ответ на каждый импульс мы получали локальный нагрев области размером в несколько десятков микрометров на температуру, не превышающую 1-2°C. Недостаточный нагрев не позволил бы активировать нейрон. Избыточный нагрев приведет к гибели нейронов. Как измерить температуру точно и локально? Как откалибровать оптическую установку так, чтобы мощность лазера соответствовала необходимым температурам нагрева?
Для решения этих задач мы использовали квантовый термометр — микроскопический алмаз, в кристаллической решетке которого присутствуют так называемые NV-дефекты. В некоторых положениях решетки вместо углерода находится атом азота (N), а соседняя позиция пустует, т.е. валентна (V). Такой микроалмаз помещается на кончик оптического волокна, через которое он освещается видимым светом. Кроме того, к алмазу подводится локальный генератор СВЧ.
Взаимодействие ИК-излучения алмаза с СВЧ-излучением зависит от температуры, и это взаимодействие можно видеть по параметрам ИК-спектра. Помещая этот зонд в непосредственной близости от клетки, можно измерить, какая мощность ИК-лазера необходима для локального нагрева на заданную температуру. Работы по ИК-фотонике и квантовой термометрии велись совместно с лабораторией Алексея Желтикова в Московском государственном университете.
— А какие эксперименты вы ставили с реальными организмами?
— Значительная часть экспериментов по характеризации каналов TRPA1 змей в клетках млекопитающих и по квантовой термометрии была выполнена на культуре нейронов мыши. Но хороший метод должен работать и на уровне живого организма.
В мальке рыбы данио есть так называемые соматосенсорные нейроны, ответственные за чувствительность к прикосновениям. Их активация приводит к реакции избегания: рыба пытается уплыть, делая быстрый взмах хвостом. Мы получили мальков, которые несут в соматосенсорных нейронах ген TRPA1 гремучей змеи. В таких мальках получалось активировать реакцию избегания, не прибегая к механическому воздействию, но активируя нейроны инфракрасным лазером с диаметром светового пучка 60 мкм. Контрольные рыбы, не несущие ген TRPA1, были нечувствительны к воздействию ИК-излучения.
Читать больше: https://indicator.ru/article/2017/05/22/intervyu-optogenetika-vsevolod-belousov/
Поделиться ссылкой:
- Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
- Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться в Google+ (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
- Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
Похожее
Рекомендуем для Вас
Последние записи
- Лазеры в образовании: ученики 9-х классов московской школы 1186 прошли профессиональную пробу по теме «Лазерные технологии среди нас» 26.04.2024
- Ученые нарисовали узор пленкой из углеродных нанотрубок 26.04.2024
- Лимитированная серия пневматических винтовок МР–512 от «Калашникова» получила гравировку дракона 26.04.2024
- Ученые из Калининграда предложили новый метод диагностики заболеваний сердца 26.04.2024
- Американский сенатор призывает использовать для борьбы с мигрантами космические лазеры 25.04.2024
- Создан квантовый источник света для фотонных чипов 25.04.2024
Популярные записи
- Барнаульская компания по металлобработке в два раза увеличила производство
- Лазерная маркировка материалов.
- Чудеса лазерного воздействия на растения от мичуринского ГАУ
- Что такое лазер? И зачем он нужен?
- Особенности лазерной коагуляции "винных пятен" (случаи из практики)
- Новое программное обеспечение «MaxiGraf»
- Внутривенное лазерное облучение крови в комплексном лечении больных детей
Актуально
-
1 Чувашия показала на ВДНХ лазерный биатлон
24.04.2024 -
2 -
3 -
4 -
5
Leave a comment
You must be logged in to post a comment.